简易光照强度检测仪设计

合肥学院计算机科学与技术系微型计算机原理与接口技术课程设计报告2009～2010学年第一学期课程微型计算机原理与接口技术课程设计名称光照强度测量仪学生姓名陈冠学号0704032046专业班级07级网络工程（2）班指导教师龙夏、何力新2010年3月1.题义分析及解决方案设计一个简易的光照强度测量仪，由光照强度产生的模拟电压信号转换为数字信号，然后转换为照度（单位是勒克斯）显示在LED上；校准照度测量器：在一定的光强度下，产生200数字量的电压，以此对应关系（照度—电压）将其它光强度转换为勒克斯值，显示在LED上。

1.1题义需求分析光照强度测量仪主要根据光敏电阻的特性制作的。

光敏电阻值随受到的光照强度的变化而变化（光照强度越大，电阻值越小）。

将光敏电阻接入电路中，不同光照强度导致光敏电阻值变化，于是光敏电阻上的电压发生变化，导致电路的输出电压也相应变化。

根据电压-光照度函数关系，由电压计算得到光照强度值，然后以可视化界面形式输出（即PC机和LED数码管显示），以供用户查看结果。

其中光敏电阻的特性是光敏电阻随受到的光照强度的变化电阻值发生变化，光照强度越强电阻越小，在分压电路中获得电压越低。

根据这一特性，结合光照强度和输出的模拟电压之间的关系，可以得到某一光强度下的对应的模拟电压。

将模拟电压通过AD转化器转换为数字电压，以便于计算机处理。

然后再将数字电压转换成光照度。

1.2.解决问题方法及思路1.2.1硬件部分程序设计中用到的硬件是光敏电阻、ADC0809、8255A和七段LED数码管。

提出问题：（1）为什么接口使用8255A而不是8279?（2）为什么显示装置使用LED七段数码管而不是LCD?（3）为什么选用光敏电阻?解决问题：1.2.1.1接口芯片选用8255A 而不是8279是由于8255A 在本程序中使用软件控制很容易实现且不需要用到小键盘，具体如表1—1所示。

1.2.1.2 本实验选择的显示设备是七段LED 数码管，没有选择LCD的原因如表1—2所示。

２０１９年第０５期 基于ＭＳＰ４３０Ｌａｕｎｃｈｐａｄ的简易光照度检测仪设计许　燕（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安７１０３００）摘　要　设计一种光照度检测仪，适用于农用果蔬大棚，在通电不便的大棚内使用纽扣电池供电，通过光照度传感器，为大棚管理人员提供光照度数据信息，从而分析得到作物生长状况需求，对农作物的生长起到促进作用。

该检测仪采用ＭＳＰ４３０Ｌａｕｎｃｈｐａｄ开发板与ＳＰ－１０Ａ硅光电池，具有检测精度高、功耗低、成本低、易操作、方便携带等特点。

关键词　ＭＳＰ４３０Ｌａｕｎｃｈｐａｄ；光照度；超低功耗中图分类号　ＴＰ２１６＋．１　ＤＯＩ　１０．１９７６９／ｊ．ｚｄｈｙ．２０１９．０５．０２２０引言光照度是影响农作物生长的重要因素之一。

本文设计了一种适用于农用果蔬大棚的光照检测仪，它利用ＭＳＰ４３０Ｌａｕｎｃｈｐａｄ开发板平台，采用ＳＰ－１０Ａ硅光电池和ＴＦＴ液晶屏等器件组成。

利用硅光电池采集外界光照度，通过ＭＳＰ４３０单片机内部ＡＤＣ将外界光信号转化成单片机能够处理的电信号，并在ＴＦＴ液晶屏上动态输出显示［１］，具有检测精度高、功耗低、成本低、易操作、方便携带等特点。

１硬件设计本设计采用ＴＩ公司的ＭＳＰ４３０Ｌａｕｎｃｈｐａｄ开发板，内含电源电路、时钟电路和复位电路等。

外围模块主要包括光电转换与信号调理电路和ＴＦＴ液晶显示电路。

系统硬件结构框图如图１所示。

图１　系统硬件结构框图１．１　ＭＳＰ４３０　Ｌａｕｎｃｈｐａｄ开发板ＭＳＰ４３０Ｌａｕｎｃｈｐａｄ开发板是美国德州仪器公司研发的一款超低成本的完整开发平台ＭＳＰ－ＥＸＰ４３０Ｇ２。

在本设计中，该开发板采用的主控芯片为ＭＳＰ４３０Ｇ２５５３，其工作电压为３．３Ｖ［３］。

ＭＳＰ４３０Ｌａｕｎｃｈｐａｄ开发板如图２所示。

ＭＳＰ４３０Ｌａｕｎｃｈｐａｄ板上集成仿真器，可为主控制器ＭＳＰ４３０Ｇ２５５３集成ＵＳＢ仿真器，不需要外接其他仿真工具，只需通过常用的Ｍｉｎｉ　ＵＳＢ接口连接即可下载程序；支持所有采用ＤＩＰ１４和ＤＩＰ２０封装的ＭＳＰ４３０Ｇ２ｘｘ和ＭＳＰ４３０Ｆ２０单片机；并且可以将Ｌａｕｎｃｈｐａｄ作为烧写器，它支持与Ｓｐｙ　Ｂｉ－Ｗｉｒｅ兼容的所有ＭＳＰ４３０型号［４］。

毕业设计开题报告测控技术与仪器便携式光照度检测仪的设计1前言部分近几年来, 随着我国从传统农业向优质、高产、高效的现代化农业不断迈进, 对温室光照检测的要求也越来越高, 应用领域也在迅速扩大。

光照是植物进行光合作用不可缺少的条件, 但是过强的光照却促进了水分蒸发, 严重的会灼伤叶面。

而在温室生产中, 还会经常遇到光照很弱, 需要补光的情况。

在这种情况下, 对光照进行实时自动检测, 判断什么时候光照强需要遮光, 什么时候光照弱需要补光就显得非常重要。

但是, 目前绝大多数光照检测仪虽然量程较宽, 可在使用时却需要操作人员根据具体的光照情况手动切换测量档位。

这不仅给检测带来了很多不便, 更严重的是阻碍了光照实时自动检测与控制的实现。

因此, 研制一种量程宽、精度高和智能换档的光照检测仪对提高温室监控系统的自动化水平, 提高光能的利用率, 促进植物生长, 节能增效都有重要的意义。

在人们的生活、工作和娱乐中，健康用眼是反复被强调指出的一点，但在日常生活中，用眼卫生的情况却难尽人意，视力减退、下降和视疲劳引发的干眼症等症状和疾病发生率越来越高。

这一方面是因为人们健康用眼的意识不够，例如在工作和学习中，投入的研究一个问题或者阅读书写时，往往容易忘记时间，很难做到每隔一段时间即通过远眺、眼保健操等方式让眼睛暂时休息；另外一方面，人们很难仅凭经验就对光照环境是否适合用眼做出准确的判断，举例来说，世界卫生组织认可的满足阅读书写条件的光照度的阈值是250克勒斯至1250勒克斯（LUX－光照度单位），低于此照度阈值范围的下限或者高于此照度阈值范围的上限的环境均不适合阅读，而现实生活中很难有人能准确判断周围的光照环境是否符合上述标准，虽然自我感觉“能看清”，但事实上很多时候光照度是不符合要求的，而且世卫组织提出的满足阅读书写的光照度阈值范围较宽，不难想象的是，在250－1250LUX这个范围内，在300LUX的光照度下不间断用眼的时间的和在1200LUX的光照度下阅读不间断用眼的时间显然是不同的。

毕业设计开题报告测控技术与仪器便携式光照度检测仪的设计1选题的背景、意义近几年来, 随着我国从传统农业向优质、高产、高效的现代化农业不断迈进, 对温室光照检测的要求也越来越高, 应用领域也在迅速扩大。

光照是植物进行光合作用不可缺少的条件, 但是过强的光照却促进了水分蒸发, 严重的会灼伤叶面。

而在温室生产中, 还会经常遇到光照很弱, 需要补光的情况。

在这种情况下, 对光照进行实时自动检测, 判断什么时候光照强需要遮光, 什么时候光照弱需要补光就显得非常重要。

但是, 目前绝大多数光照检测仪虽然量程较宽, 可在使用时却需要操作人员根据具体的光照情况手动切换测量档位。

这不仅给检测带来了很多不便, 更严重的是阻碍了光照实时自动检测与控制的实现。

因此, 研制一种量程宽、精度高和智能换档的光照检测仪对提高温室监控系统的自动化水平, 提高光能的利用率, 促进植物生长, 节能增效都有重要的意义。

此外，照度与人们的生活有着密切的关系。

充足的光照，可防止人们免遭意外事故的发生。

反之，过暗的光线可引起人体疲劳的程度远远超过眼睛的本身。

因此，不适或较差的照明条件是造成事故和疲劳的主要原因之一。

现有统计资料表明，在所有职业劳动的事故中约有30％是直接或间接因光线不足所造成的。

对体育场（馆）的光照要求是非常严格的，光照过强或过暗都会影响比赛的效果。

在人们的生活、工作和娱乐中，健康用眼是反复被强调指出的一点，但在日常生活中，用眼卫生的情况却难尽人意，视力减退、下降和视疲劳引发的干眼症等症状和疾病发生率越来越高。

这一方面是因为人们健康用眼的意识不够，例如在工作和学习中，投入的研究一个问题或者阅读书写时，往往容易忘记时间，很难做到每隔一段时间即通过远眺、眼保健操等方式让眼睛暂时休息；另外一方面，人们很难仅凭经验就对光照环境是否适合用眼做出准确的判断，举例来说，世界卫生组织认可的满足阅读书写条件的光照度的阈值是250克勒斯至1250勒克斯（LUX－光照度单位），低于此照度阈值范围的下限或者高于此照度阈值范围的上限的环境均不适合阅读，而现实生活中很难有人能准确判断周围的光照环境是否符合上述标准，虽然自我感觉“能看清”，但事实上很多时候光照度是不符合要求的，而且世卫组织提出的满足阅读书写的光照度阈值范围较宽，不难想象的是，在250－1250LUX这个范围内，在300LUX的光照度下不间断用眼的时间的和在1200LUX的光照度下阅读不间断用眼的时间显然是不同的。

目录1实验任务 (1)2设计原理 (1)2.1基本理论 (1)2.2系统框图 (1)2.3程序设计流程图 (2)3实现方案 (3)3.1硬件电路图 (3)3.2原理图说明 (3)3.2.1光电前置放大电路 (3)3.2.2AD转换电路 (3)3.2.2 显示电路 (4)3.3硬件程序 (4)4调试过程及结论 (9)4.1调试过程 (9)4.2 结论 (11)5心得体会 (13)6参考文献 (13)利用硅光电池的简易照度计设计1实验任务利用硅光电池为信号输入电路，以AT89C51单片机芯片设计控制电路，制作一个简易照度计，可以通过LCD显示屏显示照度值。

2设计原理2.1基本理论硅光电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件，它实质上是一个大面积的半导体PN结，其工作原理是光生伏特效应。

当光照射在硅光电池的PN结区时，会在半导体中激发出光生电子-空穴对。

PN结两边的光生电子-空穴对在内电场作用下，多数载流子的不能穿越阻挡层，而少数载流子却能穿越阻挡层，结果，P区的光生电子进入N区，N区的光生空穴进入P区，使每个区中的光生电子-空穴对分割开來。

光生电子在N区的集结使N区带负电，光生电子在P区的集结使P区带正电。

P区和N区之间产生光生电动势。

当硅光电池接入负载后，光电流从P区经负载流至NE,负载中就会有功率输出。

利用AT89C51芯片实现控制电路，用ADC0809模数转换器实现模拟信号和数字信号的转换。

当光电池接入负载，将输出的信号通过三极管放大，通过模数转换器ADC0809 转换为数字信号，通过单片机控制电路将信号输入LCD显示屏，在显示屏上显示当前的照度值。

2.2系统框图系统框图如下:图1照度计设计系统框图2.3程序设计流程图程序流程图如下：图2程序设计流程图精品文档3实现方案3.1硬件电路图图3照度计硬件原理图3.2原理图说明3.2.1光电前置放大电路利用三级管的的放大作用，将带负载的光电池电路输出的电流放大，为了保证信号有更 好的线性关系，所以将三极管接成电流转换为电压的形式。

基于单片机控制的光强测试器的设计一、设计背景光强测试器是一种用于测量光照强度的仪器。

通常，光强测试器由一个光敏电阻和一块单片机组成。

随着科技的发展和人们对照明环境质量的要求日益增加，光强测试器的需求也在不断增加。

因此，设计一种基于单片机控制的光强测试器是很有必要的。

二、设计目标设计的光强测试器应具备以下特点：1.准确可靠：能够准确测量光照强度，并具备一定的稳定性和重复性。

2.灵活可调：可以根据不同的应用场合和需求进行光照强度的调节。

3.显示直观：能够将测量结果通过显示器或其他方式直观地展示出来。

4.便捷实用：使用方便，携带方便，并具备一定的环境适应性。

三、设计方案基于上述设计目标，可以采用以下方案来设计基于单片机控制的光强测试器：1.硬件设计(1)传感器选择：选择适合用于测量光照强度的光敏电阻传感器。

传感器的选择要考虑到测量范围、灵敏度和稳定性等因素。

(2)A/D转换：使用单片机内部或外部的模数转换器（A/D转换器）将光照强度的模拟信号转换为数字信号，以便进行后续的数字处理。

(3)控制电路：设计适合控制光敏电阻传感器的电路，包括电阻网络和运放等，以保证传感器的工作稳定性。

(4)显示器：选择适合显示测量结果的显示器，可以是7段数码管、LCD液晶显示屏或其他类型的显示器。

2.软件设计(1)单片机选择：选择适合该应用的单片机，考虑其计算能力、存储空间和通信接口等因素。

(2)测量算法：设计适合用于测量光照强度的算法，可以是简单的线性比例或更复杂的校准算法。

(3)控制算法：设计控制算法，通过调节控制电路的参数来调节光敏电阻传感器的工作状态。

(4)用户界面：设计用户界面，提供用户与光强测试器进行交互的方式，并能够直观显示测量结果。

3.系统集成根据硬件设计和软件设计的要求，进行系统集成，包括连接各个硬件模块、编程调试和测试等。

四、预期效果通过以上的设计方案，预期可以达到以下效果：1.测量准确性：通过合适的传感器选择和测量算法的设计，能够实现较高的测量准确性。

目录第一章题目要求与分析 (1)1.1课程设计的意义 (1)1.2题目要求 (1)1.3题目分析 (1)第二章系统总体方案及硬件设计 (1)2.1光强测量系统设计 (1)2.2硬件设计与分析 (2)2.2.1光电转换模块 (2)2.2.2A/D转换 (3)2.2.3LED显示和报警装置 (3)第三章系统软件分析 (4)3.1主程序流程图 (4)3.2显示程序 (5)3.3报警装置 (5)第四章结果与分析 (6)第五章总结与体会 (8)参考文献 (9)附录 (10)第一章题目要求与分析1.1课程设计的意义本次课程设计是我们在学习单片机后的一次实习。

可增强我们的动手能力，特别对单片机的系统设计有很大的帮助。

1.2题目要求1.设计并制作一台数字显示的光强检测仪。

2.基本要求：测量传感器可以任选，实现光强测量精度±10%。

1.3题目分析本设计是测光强电路，可以使用光敏电阻之类的器件利用其感光效应，在将随被测光亮变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测光强显示出来。

第二章系统总体方案及硬件设计2.1光强测量系统设计本设计使用光敏电阻5228搭建光电转换电路，经过AD转换将光电模拟信号数字化，在通过单片机进行数据处理，最终在4位LED上显示光强。

同时设计了报警系统，当光强达到一定上限值时，启动报警模式。

单片机的RESET口上提供了供电自启动，在X1,X2口上提供了12MHZ晶振，以支持单片机的运行与启动。

系统由4个模块组成，分别为光电转换模块、AD 转换模块、测量数据显示模块、报警模块。

系统框图如图1：2.2硬件设计与分析本系统主要由光电转换电路，AD转换器，单片机，存储器，LED显示，蜂鸣器组成。

图1 系统框图2.2.1光电转换模块光电转换模块采用5228光敏电阻进行光电转换，当有光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值发生变化，从而产生电信号。

简易照度计设计报告设计人班级：学号：院系：指导老师：简易照度计设计报告引言：光照度是农作物生长的重要参数之一，在设施农业中光照度的检测越来越得到科技工作者的重视。

目前设施农业温室大棚环境控制用的光照度检测电路中，所使用的敏感元件大多为硅光电池。

而本次的设计将采用光敏电阻，它有许多优点，其内部的光电效应和电极无关，即可以使用直流电源，灵敏度和半导体材料以及入射光的波长有关，环氧树脂胶封装、可靠性好、体积小、灵敏度高、反应速度快、光谱特性好，为此采用光敏电阻设计出一种简单实用的光照度检测电路。

一、设计目的1、了解光敏电阻的基本性质，测出相关数据绘制它的光照特性曲线。

2、利用所学知识及查找资料设计简易的照度计3、提高自身动手和思考能力4、学习了解设计性实验的基本方法。

二、光照检测电路（一）主要器件介绍1、光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。

在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。

入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。

在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。

光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可加交流电压。

2、场效应管工作原理用一句话说，就是“漏极-源极间流经沟道的ID，用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的栅极电压控制ID”。

更正确地说，ID流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由pn结反偏的变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。

在VGS=0的非饱和区域，表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加VDS的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID流动。

从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，ID饱和。

将这种状态称为夹断，这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡。

在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝缘特性，通常电流也难流动。

便携式光照强度检测仪的设计实现实验要求设计一个基于单片机的便携式光照强度检测仪，用单片机控制STL2561传感器测量光照强度，并用数码管显示接收光强结果，同时判断光照强度的高低. 1. TSL2561传感器工作原理及结构光敏电阻的结构 2．光敏电阻的主要参数（1）暗电阻和暗电流光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。

此时流过的电流，称为暗电流。

（2）亮电阻光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

（3）光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。

3．光敏电阻的基本特性（1）伏安特性（2）光照特性（3）光谱特性（4）响应时间和频率特性（5）温度特性（1）伏安特性（2）光照特性（4）响应时间和频率特性光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。

通常用响应时间t表示。

光敏电阻图示光敏电阻演示当光敏电阻受到光照时，光生电子―空穴对增加，阻值减小，电流增大。

光照强度的测定照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）： 1Lux=1Lm/平方米上式中，Lm是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度（约1770℃）时，其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。

AD模数转换模块所谓A/D 转换器就是模拟/数字转换器（Analog to Digital Converter 简称ADC）是将输入的模拟信号转换成为数字信号。

A/D电路的设计任务及要求：结合单片机最小电路和光敏电阻电路共同设计一个基于单片机的数字式光照强度检测系统，用数码管显示光照强度。

还可以设置多个不同方向的光敏电阻，通过计算它们的光照强度运用比较器以确定当前的光照方向。

1、实现单片机最小系统设计。

2、焊接调试光敏电阻网络。

3、焊接调试AD电路，标定光照强度基本单位 4、编写单片机程序，将获得的电信号转换成光照强度单位下的数值，并用数码管显示。